一种复配型酸性土壤改良剂及其制备方法和应用

本发明涉及一种复配型酸性土壤改良剂及其应用，属于土壤改良。

背景技术：

1、在高温多雨的气候条件下，土壤盐基离子淋溶作用强烈，交换性铝、活性锰含量升高，土壤酸化程度不断加剧。这种土壤化学性质的劣变，不仅抑制作物根系发育，还导致钙、镁等营养元素有效性下降，进而影响作物产量与品质，成为制约区域农业可持续发展的关键因素。为应对酸性土壤的危害，农业生产中长期以施用石灰类改良剂为主要手段。然而，实践表明，过量或长期施用石灰易引起土壤结构破坏、团聚体稳定性下降，甚至造成表层板结与微生物区系失衡，削弱土壤的生物缓冲功能与长期生产力。

2、磷尾矿（phosphate tailings）以磷矿石为原料，经浮选、重选、擦洗等磷矿选矿工艺提取磷精矿后，排出的低品位固体废渣。黄磷炉渣是采用电炉热法工艺生产单质黄磷时，磷矿石、硅石、焦炭在 1350～1600℃高温熔融反应后，从电炉排出、以硅酸钙为主要组分的熔融硅酸盐熔渣，经高压水淬急速冷却粒化形成的工业固体副产物。赤泥（red mud）是工业提炼氧化铝时，铝土矿经强碱溶出氧化铝后排出的强碱性固体废渣，因富含氧化铁呈砖红色，故名赤泥，属于 ⅱ 类一般工业大宗固废。中药药渣

3、磷尾矿、黄磷炉渣和赤泥传统的处理方法是采用尾矿库堆存或露天堆场堆放的方式，不仅挤占宝贵的土地资源，还存在渗滤液污染水体、扬尘影响周边环境等潜在风险。而中药药渣的传统处理方法也是露天堆场堆放的方式，中药药渣属于高湿药渣，快速厌氧发酵，释放nh3、h2s恶臭，滋生蚊虫病菌，雨水淋溶产生高 cod 渗滤液，含残留生物碱、微量重金属，渗入土壤、地下水，污染周边农田与水源。以上副产物不能合理利用均会严重污染环境。

4、本发明通过室内模拟实验和田间实验，探究一种有效的复配型酸性土壤改良剂，既可发挥其碱性特征以调节土壤ph，又能实现固体废物的减量化、资源化利用，契合循环农业与绿色发展的理念。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种复配型酸性土壤改良剂及其应用。解决了南方酸性土壤的改良问题，能有效提高酸性土壤ph值，降低交换性al3+含量，补充土壤钙、镁养分，具有良好的经济、环境与社会效益。

2、本发明的技术方案：一种复配型酸性土壤改良剂，复配型酸性土壤改良剂是按照重量百分比组分计算,由煅烧后的磷尾矿20-30%、黄磷炉渣粉40-50%、农业废弃物生物炭5-15%、中药药渣制生物炭5-15%和赤泥10-20%混合而成。

3、前述的复配型酸性土壤改良剂是按照重量百分比组分计算,由煅烧后的磷尾矿20-30%、黄磷炉渣粉40-50%、农业废弃物生物炭5-15%、中药药渣制生物炭5-15%和赤泥10-20%混合而成。

4、具体的说前述的复配型酸性土壤改良剂是按照重量百分比组分计算,由煅烧后的磷尾矿25%、黄磷炉渣粉45%、农业废弃物生物炭10%、中药药渣制生物炭10%和赤泥10%混合而成。

5、前述黄磷炉渣粉的制备方法：取黄磷炉渣自然风干，破碎过2mm筛，去除大块杂质，得到预处理的黄磷炉渣粉，备用；

6、前述煅烧后的磷尾矿预的制备方法：取磷尾矿自然风干，破碎过2mm筛，去除大块杂质后，置于马弗炉中，以10℃/min 的升温速率升至900℃，恒温煅烧2h，冷却后研磨过200目筛备用。

7、前述农业废弃物生物炭是包括水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆或大麦秸秆中农作物秸秆的一种或多种制备而成。

8、前述中药药渣制生物炭是包括丹参渣、黄芪渣、白芍渣、党参渣、天麻渣、甘草渣、葛根渣或山药渣中的一种或多种中药药渣制备而成。

9、前述农业废弃物生物炭的制备方法是用农作物秸秆，先挤压脱水，55-80℃热风干燥至含水率≤15%，再自然风干需 2-3天，粉碎至20-60目，以5-10℃/min的升温速率升温到300-400℃，保温1.5-2h，即得。

10、前述中药药渣制生物炭的制备方法是用新鲜药渣，先挤压脱水，55-80℃热风干燥至含水率≤15%，再自然风干需 2-3天，粉碎至20-60目，以5-10℃/min的升温速率升温到300-400℃，保温1.5-2h，即得。

11、前述的复配型酸性土壤改良剂用于改良酸性土壤的应用，所述改良酸性土壤的方法是将复配型酸性土壤改良剂按照每亩100-500kg的加入量加入到酸性土壤大田中进行混合，复配型酸性土壤改良剂和酸性土壤混合的质量比为0.5-0.75g:50g土壤，再加水搅拌混合30min，水和土壤的比例是2:1，再静置1-3h即可；所述酸性土壤ph值低于6.5。

12、本发明的有益效果

13、1.复配型酸性土壤改良剂能有效提高酸性土壤ph值，降低交换性al3+含量，补充土壤钙、镁养分，其中煅烧磷尾矿的改良效果最优，在适宜添加量下可使土壤ph值从4.2提升至6.0-7.5，显著降低铝毒害。

14、2.复配型酸性土壤改良剂添加量、搅拌反应时间和水量均显著影响酸性土壤ph值变化：最佳添加量为磷尾矿0.5g-0.75g/50g土壤、黄磷炉渣0.75g-1.0g/50g 土壤、煅烧磷尾矿0.25g-0.5g/50g土壤；最佳反应时间为3h，此时改良效果基本稳定；最佳土水比为1g:2-5ml，既能保证碱性物质充分释放，又能避免养分流失。

15、3.复配型酸性土壤改良剂中的cao、mgo等碱性物质水解后释放出oh-，这些氢氧根离子能够中和土壤中的h+，并与活性al3+反应生成难溶性氢氧化铝沉淀，从而有效降低土壤酸度和铝毒害。另一方面，经过900℃煅烧处理的磷尾矿形成了多孔结构，这种结构不仅增强了碱性物质的释放活性和吸附能力，还协同改良剂中的硅铝酸盐成分共同促进土壤团聚体的形成，进而改善土壤的物理结构。赤泥主要由硅酸盐基氧化物组成，含量较高的金属元素有铁、铝、钛等，此外还含有微量的 zr、y、th、u 和稀土元素，赤泥呈现碱性，ph值一般在10. 29～11. 83。赤泥中碱含量较高，可以修复酸性土壤，将赤泥用于酸性土壤，可调节土壤的 ph值，使得土壤呈现中性，并且可有效抑制磷元素的流失，使土壤从根本上得到改良。二是赤泥具有颗粒小、活性高和比表面积大的特点，具有良好的吸附性能，可有效吸附污染土壤中的有毒物质。以赤泥原料制备的土壤修复材料，用于重金属污染土壤修复，可降低土壤中铜、镍、锌及铬等重金属含量。秸秆制生物炭因热解过程中部分易降解碳流失，表面形成丰富孔隙结构, 兼具物理吸附与弱固持效应，既可以持续改良土壤结构, 比如降低容重、增加团聚体稳定性, 又能通过表面羧基、羟基等官能团对氮素产生化学吸附与缓释作用, 使 40~100 cm 土层硝态氮含量保持稳定高值, 最终实现氮素的长效保蓄。与秸秆制生物炭相比，中药渣制生物炭，表面呈现出密集且均匀的孔道和珊瑚状结构，其比表面积达到 1,098.9m2/g，远大于市面上的普通商品活性炭及秸秆制生物炭，具有更好的吸附能力。

16、4.本研究采用磷化工废弃物和中药厂中药药渣作为酸性土壤改良剂，既实现了工业副产物的资源化利用，又解决了南方酸性土壤的改良问题，使用本发明复配型酸性土壤改良剂可以提高小麦作物的产量，平均每亩增加小麦产量340斤以上，最高增加小麦产量910斤，达到1595斤/亩.具有良好的经济、环境与社会效益。